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1 表面等离子体光学的物理和应用&李志远 钟晓岚 1

1.1 表面等离子体光学的历史和现状 3

1.2 表面等离激元的基本性质 7

1.2.1 表面等离激元简介 7

1.2.2 表面等离激元的色散关系 8

1.2.3 表面等离激元的四个特征长度 10

1.2.4 表面等离激元的光激发 11

1.2.5 金属纳米颗粒的表面等离子体共振 13

1.3 金属薄膜纳米结构的表面等离子体光学性质 17

1.3.1 亚波长金属纳米结构的制备 17

1.3.2 复杂金属纳米结构的异常光透射性质 19

1.3.3 周期调制的金属纳米狭缝的光束准直特性 22

1.3.4 表面波全息术及小孔衍射的波前调控 25

1.3.5 金属界面附近表面等离激元辅助的偶极子相互作用 30

1.4 金属纳米颗粒表面等离子体共振的调控和应用 32

1.4.1 金纳米颗粒表面等离子体共振在生物医学上的应用 33

1.4.2 表面等离子体共振在局域场增强和拉曼信号检测的应用 36

1.4.3 金纳米颗粒等离子体共振模式的区分和实验检测 41

1.4.4 TiO2纳米颗粒紫外光吸收的等离子体共振增强 46

1.5 表面等离子体波的增益放大 50

1.5.1 复合增益金属纳米颗粒与单分子拉曼散射增强 51

1.5.2 金纳米棒——增益介质复合纳米颗粒的等离激元放大效应 54

1.5.3 表面等离激元的自发辐射放大 55

1.5.4 等离子体波导传输的增益补偿与放大 57

1.6 表面等离子体光学非线性增强 62

1.6.1 金纳米棒的定向排列与非线性增强效应 63

1.6.2 基于金纳米颗粒双峰共振的二次谐波增强 64

1.6.3 非线性金属纳米天线的光学双稳态 70

1.7 光镊对金属纳米颗粒的捕获和操纵 75

1.7.1 光镊的基本原理 75

1.7.2 光镊对金球颗粒和金纳米棒颗粒的捕获 77

1.7.3 光镊对金纳米棒的组装和表面等离子体共振调控 80

1.7.4 柱对称矢量光光阱对纳米金颗粒的捕获 84

1.8 总结和展望 88

参考文献 90

2 超常材料&郝加明 周磊 仇旻 97

2.1 超常材料的概念与历史 99

2.1.1 超常材料的概念 99

2.1.2 超常材料的发展史 100

2.2 超常材料的奇异性质 102

2.2.1 材料分类——基于材料的电磁性质 102

2.2.2 负折射 102

2.2.3 反常切仑科夫辐射 105

2.2.4 倒逆的多普勒（Doppler）效应 105

2.2.5 奇异的表面波 106

2.3 超常材料的设计与制备 110

2.3.1 自由电子气的介电常数 110

2.3.2 电响应谐振超常材料 112

2.3.3 磁响应谐振超常材料 114

2.3.4 负折射率超常材料 117

2.3.5 三维立体光波超常材料 124

2.4 超常材料的应用 128

2.4.1 平板超棱镜成像 129

2.4.2 超高折射率超常材料 132

2.4.3 零折射率超常材料 135

2.4.4 高阻抗表面 143

2.5 结语 152

参考文献 152

3 近场光学显微技术&李智 龚旗煌 177

3.1 近场光学显微技术基础 179

3.1.1 近场光学显微技术原理 179

3.1.2 近场光学显微镜的种类和工作模式 184

3.1.3 近场光学探针 190

3.1.4 近场探针-样品的间距控制 196

3.2 近场光学显微技术应用 200

3.2.1 近场超分辨成像 200

3.2.2 近场光谱 209

3.2.3 近场主动应用 216

3.3 超高时间分辨飞秒近场光学 219

3.3.1 飞秒时间分辨光谱技术 220

3.3.2 飞秒技术和近场技术的结合 222

3.3.3 飞秒近场系统应用 225

3.4 总结和展望 239

参考文献 240

4 纳米光纤／纳米线光子学及其器件应用&王依霈 童利民 249

4.1 纳米光纤和纳米线的研究现状 251

4.1.1 纳米光纤的研究现状 252

4.1.2 半导体纳米线的研究现状 255

4.1.3 聚合物纳米线的研究现状 258

4.1.4 非线性晶体纳米线的研究现状 260

4.1.5 金属纳米线的研究现状 263

4.2 纳米光纤和纳米线的导波特性 269

4.2.1 纳米光纤的导波特性 270

4.2.2 金属纳米线的导波特性 278

4.3 纳米光纤和纳米线光子器件 283

4.3.1 纳米光纤／纳米线分束器 284

4.3.2 纳米光纤／纳米线滤波器 285

4.3.3 纳米光纤／纳米线马赫-曾德干涉仪 286

4.3.4 纳米光纤／纳米线光栅 288

4.3.5 纳米光纤／纳米线环形谐振腔 291

4.3.6 纳米光纤／纳米线激光器 293

4.3.7 纳米光纤／纳米线传感器 296

4.3.8 纳米光纤／纳米线光电探测器 300

4.4 总结 305

参考文献 306

5 基于光子晶体的微纳光电子器件研究&王宇飞 郑婉华 315

5.1 光子晶体的性质及应用 317

5.2 基于光子晶体的无源光子学器件 321

5.2.1 光子晶体波导集成器件 321

5.2.2 磁性光子晶体器件 324

5.2.3 光子晶体自准直传感器 326

5.3 基于光子晶体的有源光电子器件 329

5.3.1 光泵浦光子晶体面发射激光器 329

5.3.2 光泵浦光子晶体边发射激光器 335

5.3.3 电注入光子晶体垂直腔面发射激光器 337

5.3.4 电注入光子晶体横向腔面发射激光器 348

5.3.5 光子晶体高光束质量半导体激光器 352

5.3.6 硅基混合集成激光器 354

5.3.7 光子晶体光放大器 356

5.4 总结与展望 357

参考文献 358

6 纳米光学分子检测技术中的无标记传感与拉曼散射&杨天 龙婧 贺晓龙 易会 李宏泉 373

6.1 概述 375

6.2 无标记光学生物传感 376

6.2.1 无标记传感的原理和指标 377

6.2.2 研究概况 380

6.2.3 产业概况 389

6.2.4 光纤端面的表面等离激元谐振传感器件 391

6.2.5 总结与展望 396

6.3 单分子增强拉曼散射 397

6.3.1 拉曼散射理论 397

6.3.2 单分子表面增强拉曼和针尖增强拉曼概述 401

6.3.3 纳米金属颗粒-镜面结下的拉曼增强 417

6.3.4 总结与展望 421

参考文献 421

索引 435

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